(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電線の区間の両端にそれぞれ接続され、送電線の電流変化を検知する送量器と、
これらの送量器に光ケーブルを介して接続され、前記送量器からの検出信号を受信して解析する検出器とから成り、
前記送量器は、前記送電線からの故障電流を入力する入力部と、入力部から入力された検知信号に所定の直流電圧を重畳する直流重畳部と、直流重畳された電圧信号をパルス信号に変換する電圧／周波数変換部と、パルス信号を光信号に変換する電気／光変換部と、送量器の電源を安定化させる安定化電源とを備え、
前記検出器は、光信号をパルス信号に変換する光／電気変換部と、パルス信号を電圧信号に変換する周波数／電圧変換部と、検知信号を解析して地絡故障が発生している区間を特定する演算処理部とを備え、
前記送量器において、前記直流重畳部は、検知信号の入力波形が全波出力し得るように直流電圧を重畳し、また、
前記検出器はさらに、Ｆ／Ｖ変換部の後段側にＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部に接続されデジタル処理により直流成分を除去する直流除去フィルタと、直流除去フィルタに接続された基本波実効値演算部とを有し、さらに、直流除去フィルタとは並列の関係にＡ／Ｄ変換部に接続された直流実効値演算部と、同じく、直流除去フィルタとは並列の関係にＡ／Ｄ変換部に接続され送量器からの信号「無し」を検出する検出部を有し、通信線断線監視信号、電池残量監視のためのビット列、及び故障電流波形を１本の光ケーブルにて検出器側へ送信し、これを分離処理する、
ことを特徴とする地絡故障検出装置。
【請求項２】
送量器において、直流重畳部は故障電流の波形に直流成分を加算シフトして全波形情報を伝送することを特徴とする請求項１記載の地絡故障検出装置。
【請求項３】
送量器のＶ／Ｆ変換部では、故障電流の全波形情報をｆ1±ｆn kHz（kHzは周波数の単位のキロヘルツ）の周波数信号として検出器側へ伝送し、直流重畳分はｆ1 kHzとして、地絡故障発生時には、上記直流分を重畳して正負両側の交流波形を伝送することを特徴とする請求項１記載の地絡故障検出装置。
【請求項４】
送量器は、直流重畳信号ｆ1 kHzをＴ1ｍｓ（ｍｓは時間の単位のミリセカンド）及びＴ2ｍｓの２種類の継続時間として送信し、Ｔ1ｍｓを論理「０」に割り当てる一方、Ｔ2ｍｓを論理「１」に割り当て、送量器から検出器へシリアル伝送することを特徴とする請求項１記載の地絡故障検出装置。
【請求項５】
送量器はさらに、安定化電源に接続され直流重畳部に直流重畳分の電圧を与える補助電源としての電池と、電池の残量を演算により求めるＣＰＵとを備え、ＣＰＵにより電池の電圧を測定し、前記論理「０」と論理「１」を所定ビット分使って電池残量をビット数に対応する段階で評価し、ビット列データを検出器へ送信し、検出器側で送量器側の電池残量を検出することを特徴とする請求項４記載の地絡故障検出装置。
以上
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地絡故障検出装置、特に送電線の断線などによる地絡事故に際して地絡故障を迅速に検出し、且つその復旧対応を迅速化する地絡故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧送電線では、送電線の絶縁劣化、或いは土木工事機械による地中の送電線の損傷などの理由により送電線が大地に接触し、地絡故障が発生することがある。このような故障を早く検出し、復旧処理を行うために、地絡故障検出装置が送電線に接続されてシステムを構成している。
【０００３】
そのような地絡故障検出システムの一般的な基本構成としては、例えば図４に示されたものがある。図４に示された地絡故障検出システムは、送電線１に接続され、送電線１の電流変化を検知する送量器２と、送量器２に光ケーブル３を介して接続され、送量器２からの検知信号を受信して解析する検出器４とから成る。送量器２は、検知信号を光信号に変換する光変換部５を有する。検出器４は受信した検知信号から地絡故障を検出する検出部６と、検出結果を出力する出力部７と、検出器４に電力を供給するための電源部８とを有する。出力部７の先方にはテレコン盤、すなわちコンピュータ（ＣＰＵ）が接続されている。図４に示された地絡故障装置は区間判定方式を採用する装置の例であり、送電線１の所定区間の両端に配置された変流器（ＣＴ）９に対応して区間両端にそれぞれ送量器２が設けられている。各送量器２からの検知信号は１つの検出器４に送られる。
【０００４】
かかる基本構成を有する地絡故障検出システムに用いられる地絡故障検出装置の従来例としては、例えば図５に示されたものがある。図５に示された従来の地絡故障検出装置において、送量器２は、前記送電線１からの故障電流を入力する入力部１１と、入力部１１から入力された検知信号を濾波処理するフィルタ１２と、検知信号の波形を半波整流する半波整流回路１３と、半波整流された電圧信号をパルス信号に変換する電圧／周波数変換部（Ｖ／Ｆ変換部）１４と、パルス信号を光信号に変換する電気／光変換部（Ｅ／Ｏ変換部）１５と、送量器の電源を安定化させる安定化電源１６とを備えて成る。また、検出器４は、送量器２のＥ／Ｏ変換部１５に接続され光信号をパルス信号に変換する光／電気変換部（Ｏ／Ｅ変換部）１７と、検知信号を解析して地絡故障が発生している区間を特定する演算処理部１８とを備えている。
【０００５】
かかる構成において、地絡故障の検出は、送電線１から送量器２へ流れる故障電流を入力部１１に取り込み、この故障電流から送量器２の動作に必要な電源を作り出し、同時に故障電流をフィルタ１２により濾波した後、半波整流回路１３により故障電流波形を半波整流する。次に半波整流された電圧信号をＶ／Ｆ変換部１４によりパルス信号に変換し、このパルス信号をＥ／Ｏ変換部１５により光信号に変換した後、光ケーブル３を通して検出器４に送信している。検出器４では、入力した光信号をＯ／Ｅ変換部１７により電気信号に変換し、この電気信号を演算処理部１８により解析して地絡故障が発生している送電線１の部位或いは区間を特定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の地絡故障検出装置の動作において、上述のように半波整流が行われるため、波形情報として半波分が損なわれ、また、電源電圧の交流電流の正側のみであるため、故障検出として電流差動方式が適用できない。
【０００７】
さらに、送量器２から検出器４の間における光ケーブル３の通信線断線監視は、送量器２の出力端子の近く、すなわち、図５において点Ａの部分に、図６に示されるような光結合器２０を配置しておき、検出器４から断線検出信号を送信し、送量器２内で光結合器２０を使用して検出器４へ戻し、検出器４側で光信号を受信することにより光ケーブル３の断線監視をしている。つまり、断線監視のために２本の光ケーブル３および光結合器２０が必要となる。また、光結合器２０より前段（入力側）にある送量器２の主要回路に異常があった場合、回路の不具合を検出できない。
【０００８】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、地絡故障の検出方式として、電流差動方式を適用することである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、地絡故障検出装置におけるユニットや部品の省略化を図り、地絡故障検出装置の製造コストを低減させることである。
【００１０】
本発明の第３の目的は、送量器における主要回路の健全性を常時監視する機能を備え、地絡故障検出装置の信頼性を向上させることである。
【００１１】
本発明の第４の目的は、異常の発生時における故障箇所の特定を確実に行え、また復旧対応を迅速に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の地絡故障検出装置は、送電線に接続され、送電線の電力変化を検知する送量器と、この送量器に光ケーブルを介して接続され、前記送量器からの検出信号を受信して解析する検出器とから成り、前記送量器は、前記送電線からの故障電流を入力する入力部と、入力部から入力された検知信号に所定の直流電圧を重畳する直流重畳部と、直流重畳された電圧信号をパルス信号に変換する電圧／周波数変換部と、パルス信号を光信号に変換する電気／光変換部と、送量器の電源を安定化させる安定化電源とを備え、前記検出器は、光信号をパルス信号に変換する光／電気変換部と、パルス信号を電圧信号に変換する周波数／電圧変換部と、検知信号を解析して地絡故障が発生している区間を特定する演算処理部とを備え、前記送量器において、前記直流重畳部は、検知信号の入力波形が全波出力し得るように直流電圧を重畳することが特徴である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、故障電流の波形に直流成分を加算シフトして全波形情報を伝送することにより、負荷側の故障電流波形を表現することができる。これにより、２台の送量器を使用して、サンプリングデータを使用したデジタル演算による電流差動検出方式を適用できる。
【００１４】
また、故障電流の波形に直流成分を加算シフトした結果を０アンペア相当と認識することにより、検出器は送量器から信号あり（０アンペア）、または信号なしの２値を判別することができ、また、信号ありの場合には、検出器側にて通信線断線監視信号の直流重畳分を監視することで、従来自動点検できなかった、送量器のＶ／Ｆ変換部、Ｅ／Ｏ変換部、及び検出器のＯ／Ｅ変換部、Ｆ／Ｖ変換部の故障を判定でき、検出機能の信頼性向上が図れる。また、信号なしの状態を認識することにより、誤検出を防止できる。
【００１５】
また、本発明では、通信線断線監視、アナログ回路監視、及び電池残量監視機能を有しており、故障部位の特定が容易となり、復旧対応の迅速化が図れる。
【００１６】
また、本発明において地絡故障信号と通信線断線信号とが輻輳した場合でも、通信線断線信号は０アンペアの直流なので、地絡故障検出に影響を及ぼさない。
【００１７】
通信線断線監視信号、電池残量監視のためのビット列、及び故障電流波形を１本の光ケーブルにて検出器側へ送信し、これを分離処理できる（信号多重化）。よって、光ケーブルは片道のみとなり、光結合器も不要となり、システム全体のコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る地絡故障検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】前記実施の形態の地絡故障検出装置における電池残量評価方法を示す説明図である。
【図３】前記実施の形態の地絡故障検出装置における各種信号の多重化伝送を解析する演算処理を示す説明図である。
【図４】本発明が適用される地絡故障検出システムの一般的な基本構成を示すブロック図。
【図５】従来の地絡故障検出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の地絡故障検出装置において通信線断線検出に用いられていた光結合器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の代表的実施例を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る地絡故障検出装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態が適用される地絡故障検出システムについての基本構成は、図４に示すシステムと同じ構成を有する。図１において、符号３０は送量器を示す。送量器３０は、前記送電線１（図４参照）からの故障電流を入力する入力部３１と、入力部３１から入力された検知信号に所定の直流電圧を重畳する直流重畳部３２と、直流重畳された電圧信号をパルス信号に変換する電圧／周波数変換部（Ｖ／Ｆ変換部）３３と、パルス信号を光信号に変換する電気／光変換部（Ｅ／Ｏ変換部）３４と、直流重畳部３２、Ｖ／Ｆ変換部３３及びＥ／Ｏ変換部３４に接続され送量器３０の電源を安定化させる安定化電源３５と、安定化電源３５に接続され直流重畳部３２に直流重畳分の電圧を与える補助電源としての電池３７と、電池３７の残量を演算により求めるＣＰＵ３６とを備えて成る。また、検出器４０は、送量器３０のＥ／Ｏ変換部３４に接続され光信号をパルス信号に変換して復元する光／電気変換部（Ｏ／Ｅ変換部）４１と、Ｏ／Ｅ変換されたパルス信号を電圧信号に変換する周波数／電圧変換部（Ｆ／Ｖ変換部）４２と、検知信号である電圧信号を解析して地絡故障が発生している区間を特定する演算処理部すなわち、ＣＰＵ４３とを備えている。送量器３０と検出器４０は光ケーブル３５により接続されている。なお図１の送量器３０は図４の送量器２に対応し、図１の検出器４０は図４の検出器４に対応し、図１の光ケーブル３５は図４の光ケーブル３に対応する。
【００２０】
かかる構成において、地絡故障の検出は、送電線１から送量器２へ流れる故障電流を入力部１１に取り込み、この故障電流から送量器３０の動作に必要な電源を作り出し、直流重畳部３２により故障電流に直流成分を加算シフトして重畳する。これにより故障電流の全波形情報を伝送することが可能となる。次に直流重畳された電圧信号をＶ／Ｆ変換部３３によりパルス信号に変換し、このパルス信号をＥ／Ｏ変換部３４により光信号に変換した後、光ケーブル３５を通して検出器４０に送信している。検出器４０では、入力した光信号をＯ／Ｅ変換部４１により電気信号（パルス信号）に変換し、Ｏ／Ｅ変換されたパルス信号をＦ／Ｖ変換部４２により電圧信号に変換し、この電圧信号をＣＰＵ４３により解析して地絡故障が発生している送電線１の部位或いは区間を特定する地絡故障検出を行ったりその他の状態を検出する。地絡故障検出装置としての検出動作には次の動作がある。
【００２１】
（１）地絡故障検出
送量器３０のＶ／Ｆ変換部３３では、故障電流の全波形情報をｆ1±ｆnkHz（kHzは周波数の単位のキロヘルツ）の周波数信号として検出器側へ伝送する。すなわち、直流重畳分はｆ1kHzとする。そして、地絡故障発生時には、上記直流分を重畳して正負両側の交流波形を伝送する。図４に示されたシステムからわかるように、送量器３０は送電線１の区間の両側にそれぞれ１個接続されており、両送量器３０から検出器４０へ故障電流の全波形情報が伝送される。検出器４０側では、これらの故障電流の全波形情報をサンプリングし、サンプリングデータをＣＰＵ４３にてデジタル演算して電流差動検出を行う。
【００２２】
（２）アナログ回路監視と電池残量検出
直流重畳信号ｆ1kHzをＴ1ｍｓ（ｍｓは時間の単位のミリセカンド）及びＴ2ｍｓの２種類の継続時間として送信し、Ｔ1ｍｓを論理「０」に割り当てる一方、Ｔ2ｍｓを論理「１」に割り当て、送量器３０から検出器４０へシリアル伝送する。検出器４０において測定した直流重畳信号が、予め設定した監視幅ｆ1±ΔｆkHzから外れたときは、送量器３０から検出器４０の間のアナログ回路の異常と判断する。また、上記直流重畳によって、光ケーブル３５の通信線断線監視を行う。
【００２３】
また、送量器３０ではＣＰＵ３６を使用して電池３７の電圧を測定し、この電池電圧から電圧残量を評価する。例えば、図２に示すように、上記論理「０」と論理「１」を３ビット分使って電池残量を４段階で評価し、ビット列データを検出器４０へ送信する。これにより送量器側の電池残量を検出することができる。ビット列データはＴ1およびＴ2に比して充分長い時間間隔毎に１回、上記直流重畳信号を利用して検出機４０側へ送信される。
【００２４】
（３）通信線の断線監視
検出器４０側では受信した信号がｆ1±ｆMkHzの範囲にあるときに送量器３０側から信号「有り」、ｆ1−ｆnkHz未満のときは送量器３０から信号「無し」と判断する。そして、送量器３０から送信するｆ1kHzの周波数信号を検出器４０側では０アンペア相当の電流と認識する。つまり、０アンペアと、信号「無し」の２値を判別する。このように、故障電流の波形に直流成分を加算シフトした結果を０アンペア相当と認識することにより、検出器４０は送量器３０から信号「有り」（０アンペア）、または信号「無し」の２値を判別することができ、また、信号「有り」の場合には、検出器４０側にて光ケーブル３５における通信線断線監視信号の直流重畳分を監視することで、従来自動点検できなかった、送量器３０のＶ／Ｆ変換部３３、Ｅ／Ｏ変換部３４、及び検出器４０のＯ／Ｅ変換部４１、Ｆ／Ｖ変換部４２の故障を判定でき、検出機能の信頼性向上が図れる。また、信号「無し」の状態を認識することにより、誤検出を防止できる。
【００２５】
この検出動作において、地絡故障が発生した場合、及び通信線断線監視信号を検出器４０が受信した場合には、信号発生前後上記地絡故障信号の発生前後において過渡的に過大な交流成分が検出され、誤検出の要因と成り得るが、直前の直流成分から信号「無し」の状態を検出し、誤検出を防止することができる。このように、地絡故障信号と通信線断線信号とが輻輳した場合でも、通信線断線信号は０アンペアの直流なので、地絡故障検出に影響を及ぼさない。
【００２６】
（４）検出信号の多重化伝送
送量器３０からは、各種の検出信号が多重化伝送により検出器４０に送信される。検出器４０はＦ／Ｖ変換部４２の後段側（下流側）にＡ／Ｄ変換部４４と、Ａ／Ｄ変換部４４に接続されデジタル処理により直流成分を除去する直流除去フィルタ４５と、直流除去フィルタ４５に接続された基本波実効値演算部４６とを有する。さらに、直流除去フィルタ４５とは並列の関係にＡ／Ｄ変換部４４に接続された直流実効値演算部４７と、同じく、直流除去フィルタ４５とは並列の関係にＡ／Ｄ変換部４４に接続され送量器３０からの信号「無し」を検出する検出部４８を有する。直流実効値演算部４７は、例えば面積法により直流実効値を演算する。そして、検出器４０は、周波数信号をＦ／Ｖ変換部４２によりアナログ波形に復元し、さらにＡ／Ｄ変換部４４によりＡ／Ｄ変換を行って内蔵のメモリに取り込む。また、検出器４０はデジタル処理手段としての直流除去フィルタ４５により濾波処理をおこない、その後基本波実効値演算部４６により基本波実効値を求める。また、直流実効値演算部４７により直流実効値を求め、検出部４８により送量器３０からの信号「無し」を検出する。これにより、通信線断線監視信号、電池残量監視のためのビット列、及び故障電流波形を１本の光ケーブルにて検出器側へ送信し、これを分離処理できる（信号多重化）。よって、光ケーブルは片道のみとなり、光結合器も不要となり、システム全体のコストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明では、故障電流の波形に直流成分を加算シフトして全波形情報を伝送することにより、負側の故障電流波形を表現することができ、２台の送量器を使用して、サンプリングデータを使用したデジタル演算による電流差動検出方式を適用できる。
【００２８】
また、故障電流の波形に直流成分を加算シフトした結果を０アンペア相当と認識することにより、信号あり、または信号なしの２値を判別することができ、送量器のＶ／Ｆ変換部、Ｅ／Ｏ変換部、及び検出器のＯ／Ｅ変換部、Ｆ／Ｖ変換部の故障を判定でき、検出機能の信頼性向上が図れる。
【００２９】
また、本発明では、通信線断線監視、アナログ回路監視、及び電池残量監視機能を有しており、故障部位の特定が容易となり、復旧対応の迅速化が図れる。
【００３０】
また、通信線断線監視信号、電池残量監視のためのビット列、及び故障電流波形を１本の光ケーブルにて検出器側へ送信し、これを分離処理できる（信号多重化）。よって、光ケーブルは片道のみとなり、光結合器も不要となり、システム全体のコストを低減できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  送電線
２，３０  送量器
３，３５  光ケーブル
４，４０  検出器
１１，３１  入力部
３２  直流重畳部
３３  Ｖ／Ｆ変換部
３４  Ｅ／Ｏ変換部
３６  ＣＰＵ
３７  電池
４１  Ｏ／Ｅ変換部
４２  Ｆ／Ｖ変換部
【図１】
0005480572.tif 000002
【図２】
0005480572.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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